通常情况下,CCC只能在接近绝对零度的条件下工作,这种苛刻的限制让许多实验室望而却步。如今,英国的研究人员开发出一种最准确的低温电流比较仪,用来测量相对电流强度。这种新设备不仅在精确度上远高于以往的同类设备,且在原则上不需要液态氦就可以运行。
据了解,CCC需要使用超导材料和一个定量的磁通量检测器,来检测电流的比率。为了检测出未知电流的强度,需要先把两根导线穿过超导体管。一股可变电流将会在其中一根导线上流过,它与要测量的电流方向相反。这样一来,超导体管内壁会产生相应的电流,该电流与两根导线上的电流差大小相同,方向相反。内壁产生的电流会输出到外壁的一个电路中,产生一个小型的磁场。磁场的强度会被超导量子干涉器件(SQUID)检测出来。当SQUID检测出磁场为零的时候,表明超导体管没有电流通过,同时也意味着两根导线上的电流大小相同。当可变电流和未知电流差异较大时,可以通过调节导线通过超导管的根数来测量,这样,安培级别的电流也能够和皮安级别的电流相比较了。
CCC最早是由乔纳森·威廉姆斯根据德国人的提议在英国特丁顿国立物理研究所设计的。在最初的设计中,这个设备需要提供持续的大量的液态氦。尽管液态氦价格昂贵,但在发达国家的实验室中还是能够使用到。然而,这会严重限制其在发展中国家的商业应用。
此后,机械冰箱的发明让人们意识到,仅使用电能就可以达到冷冻的温度。这种技术已经被广泛运用在医院MRI扫描仪中,以免液态氦汽化。随后,特丁顿国立物理研究所的科学家和伦敦低温有限公司(Low temperature)共同开始了新的研究。
低温有限公司董事长杰里米表示,机械冰箱的缺陷在于它的制冷不是连续的。他说:“这是一个机械控制的制冷设备,它有一个可以在气缸里上下活动的活塞,并且提供制冷。但最终冰箱的温度会维持在0.6K左右,频率是1—2Hz。”这将严重影响测量的准确性,因为SQUID和CCC的组件对于气温和压力是非常敏感的。
为此,低温有限公司开发出了一种新设备,它可以把机械冰箱的振动过滤后,将制冷功能转移到CCC上。该公司希望借此改进CCC,使它不再需要液态氦。这种设想尚未被证实,但特丁顿国立物理研究所领导电气测量项目负责人威廉姆斯表示:“在制冷和相关方面,并没有技术上的难题。这只不过是将两个设备整合在一起,并且确保它们能正常工作。”
研究人员指出,在医学和能源领域“干式”CCC有两个潜在用途。从微量来看,给予癌症患者的电离辐射的剂量,在有的时候,是通过测量光束在电离室中产生的微小电流而校准的。从大规模来说,对于可再生能源发电并网需要地区之间传递数百安的电流。
试想一下,投资这种新技术,整个欧洲就可以享受来自芬兰风力涡轮机和西班牙太阳能设施提供的电力,并将这些能源在欧洲大陆上传送。